מחזור התא: מיטוזה, מיוזה ומנגנוני בקרה

השיעור עוסק ברצף האירועים בחיי תא מרגע היווצרותו ועד חלוקתו. הרעיון המרכזי: התא גדל, משכפל DNA, עובר בדיקות בקרה, ואז מתחלק במיטוזה או במיוזה בהתאם לתפקידו. הבנת התהליך מסבירה גדילה, התחדשות רקמות, רבייה מינית ושיבושים כמו חלוקה סרטנית.

מבנה מחזור התא: אינטרפאזה, שלב M ומצב G0

מחזור התא כולל שני חלקים עיקריים: אינטרפאזה, שבה התא גדל ומכפיל את ה־DNA, ושלב M, שבו מתרחשת חלוקה. תאים רבים יכולים לצאת מן המחזור אל שלב G0, שבו אינם מתחלקים אך ממשיכים לתפקד. התרשים מציג את הקשר בין שלבי האינטרפאזה, שלב M ומצב G0.

אינטרפאזה: הכנת התא לחלוקה

מרבית חיי התא מתרחשים באינטרפאזה. זהו שלב של גדילה ופעילות מטבולית, שבו התא קולט חומרים מן הסביבה, מפיק אנרגיה ומסנתז חלבונים. פעילות זו דורשת אנרגיה זמינה, ולכן ייצור ATP במיטוכונדריה חיוני להתקדמות התהליכים.

• שלב G1: התא גדל, מייצר RNA וחלבונים, ונוצרים אברונים חדשים.
• שלב S: מתרחש שכפול ה־DNA. כל כרומוזום מורכב לאחר השכפול משתי כרומטידות אחיות זהות, המחוברות זו לזו בצנטרומר. כמות ה־DNA מוכפלת, אך מספר הכרומוזומים אינו משתנה.
• שלב G2: התא בודק את תקינות השכפול ומייצר חלבונים הדרושים לחלוקה, כגון חלבוני כישור החלוקה.

שלב M: מיטוזה וציטוקינזיס בתאים סומטיים

שלב M כולל שני תהליכים: מיטוזה, שהיא חלוקת גרעין התא, וציטוקינזיס, שהוא חלוקת הציטופלזמה והאברונים. התהליך מתרחש בתאים סומטיים, שהם תאי גוף כגון תאי עור, תאי כבד ותאי מריסטמה בצמח. מטרות המיטוזה הן גדילה, תיקון נזקים והחלפת תאים.

במיטוזה תא־אם דיפלואידי, המסומן 2n, מתחלק פעם אחת בלבד. מתקבלים שני תאי בת זהים גנטית לתא־האם וזה לזה, וכל אחד מהם דיפלואידי.

שלבי המיטוזה:

1. פרופאזה: הכרומטין נדחס לכרומוזומים הנראים במיקרוסקופ, מעטפת הגרעין מתפרקת, ונוצר כישור החלוקה.
2. מטאפאזה: הכרומוזומים מסתדרים במישור המשווה וקשורים לסיבי הכישור דרך הצנטרומרים.
3. אנאפאזה: הצנטרומרים נחלקים, והכרומטידות האחיות נמשכות לקטבים נגדיים. כל כרומטידה נחשבת כעת לכרומוזום עצמאי.
4. טלופאזה: נוצרות מעטפות גרעין סביב כל קבוצת כרומוזומים, והכרומוזומים חוזרים למצב כרומטין מתוח.

לאחר המיטוזה מתרחש הציטוקינזיס, והתא נחלק לשני תאי בת נפרדים.

מיוזה: חלוקת הפחתה ויצירת גמטות

מיוזה היא חלוקת הפחתה המתרחשת באיברי רבייה, כגון אשכים ושחלות בבעלי חיים או אבקנים ושחלות בצמחים. היא נועדה ליצור גמטות, שהן תאי רבייה הפלואידיים: תאי זרע ותאי ביצית. תא־אם דיפלואידי עובר הכפלת DNA אחת באינטרפאזה, ולאחריה שתי חלוקות עוקבות. התוצאה היא ארבעה תאים הפלואידיים, השונים גנטית זה מזה ומתא־האם.

במיוזה I:

• פרופאזה I: כרומוזומים הומולוגיים נצמדים זה לזה. כרומוזומים הומולוגיים הם זוג כרומוזומים דומים בגודלם ובגנים שהם נושאים, שאחד מהם מן האם והשני מן האב. בשלב זה מתרחש שכלוף, כלומר החלפת קטעי DNA בין כרומטידות לא־אחיות.
• מטאפאזה I ואנאפאזה I: זוגות ההומולוגים מסתדרים במישור המשווה בסידור אקראי. באנאפאזה I נפרדים הכרומוזומים ההומולוגיים, אך הכרומטידות האחיות נשארות מחוברות.

בסוף מיוזה I נוצרים שני תאים הפלואידיים, שבכל אחד מהם כל כרומוזום עדיין מורכב משתי כרומטידות אחיות.

במיוזה II:

• אין הכפלת DNA נוספת.
• באנאפאזה II נפרדות הכרומטידות האחיות.
• בסיום מתקבלים ארבעה תאי בת הפלואידיים, שכל אחד מהם מכיל כרומוזום אחד מכל זוג הומולוגי.

שמירה על מספר הכרומוזומים ויצירת מגוון גנטי

הפריה היא איחוד של שתי גמטות הפלואידיות, תא זרע ותא ביצית, ליצירת זיגוטה דיפלואידית. הזיגוטה היא התא הראשון של האורגניזם החדש. המיוזה מפחיתה את מספר הכרומוזומים מ־2n ל־n, וההפריה מחזירה אותו מ־n ל־2n. כך נשמר מספר כרומוזומים קבוע באותו מין.

המיוזה יוצרת גם שונות גנטית בצאצאים באמצעות שני מנגנונים עיקריים:

• שכלוף: החלפת קטעי DNA בין כרומטידות לא־אחיות בפרופאזה I, ולכן נוצרים צירופים חדשים של אללים.
• הפרדה אקראית של כרומוזומים הומולוגיים: במטאפאזה I ובאנאפאזה I, החלוקה של כרומוזומי האם והאב לתאי הבת היא אקראית.

בקרה על מחזור התא ומצב G0

מחזור התא מבוקר על ידי חלבונים ייעודיים ונקודות בקרה. נקודות הבקרה בודקות אם התא גדל כראוי, אם ה־DNA שוכפל בשלמותו ואם אין נזק בחומר הגנטי. אם התנאים אינם מתאימים, המחזור יכול להיעצר. נקודות בקרה חשובות במיוחד לפני מעבר משלב S לשלב M ולפני תחילת האנאפאזה.

תא יכול לצאת ממחזור התא ולהיכנס לשלב G0. זהו מצב שבו התא אינו מתחלק, אך ממשיך לבצע את תפקידו. דוגמאות: תאי עצב ותאי שריר באדם בוגר. בצמחים, תאי מריסטמה ממשיכים להתחלק במיטוזה, בעוד תאים בוגרים רבים נמצאים ב־G0.

אם מנגנוני הבקרה נפגעים, למשל בעקבות מוטציות בגנים המבקרים את החלוקה, התא עלול להתחלק ללא שליטה. חלוקה בלתי מבוקרת כזו היא בסיס להתפתחות גידולים סרטניים.

פלואידיות וכמות DNA במחזור התא

במחזור התא חשוב להבחין בין פלואידיות לבין כמות DNA. פלואידיות מתארת את מספר סדרות הכרומוזומים בתא: תא דיפלואידי מסומן 2n, ותא הפלואידי מסומן n. כמות DNA מתארת את מסת מולקולות ה־DNA בתא, והיא יכולה להשתנות גם כאשר מספר הכרומוזומים אינו משתנה.

• בשלב S כמות ה־DNA מוכפלת, אך הפלואידיות אינה משתנה. תא 2n נשאר 2n גם לאחר שכפול ה־DNA.
• במיטוזה, לאחר חלוקת הגרעין והציטופלזמה, כל תא בת מקבל כמות DNA רגילה ונשאר דיפלואידי.
• במיוזה I נפרדים כרומוזומים הומולוגיים, ולכן התאים נעשים הפלואידיים, אך כל כרומוזום עדיין מורכב משתי כרומטידות אחיות.
• במיוזה II נפרדות הכרומטידות האחיות, ולכן מתקבלים תאים הפלואידיים עם כרומוזומים בעלי כרומטידה אחת.

הבדלים בין מיטוזה למיוזה

מיטוזה:

• מתרחשת בתאים סומטיים.
• כוללת חלוקה אחת.
• מתקבלים שני תאי בת דיפלואידיים.
• תאי הבת זהים גנטית לתא־האם.
• שכלוף אינו מתרחש.
• באנאפאזה נפרדות כרומטידות אחיות.

מיוזה:

• מתרחשת באיברי רבייה.
• כוללת שתי חלוקות עוקבות.
• מתקבלים ארבעה תאי בת הפלואידיים.
• תאי הבת שונים גנטית מתא־האם וזה מזה.
• שכלוף מתרחש בפרופאזה I.
• באנאפאזה I נפרדים כרומוזומים הומולוגיים, ובאנאפאזה II נפרדות כרומטידות אחיות.